基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-多層次灰色關(guān)聯(lián)的配電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合決策

賀　軍，李　明，劉　瑩，王壯壯

（1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，四川 成都610000；2.山東國(guó)研電力技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南250101）

基于結(jié)構(gòu)熵權(quán)-多層次灰色關(guān)聯(lián)的配電網(wǎng)規(guī)劃方案綜合決策

賀軍1，李明2，劉瑩2，王壯壯2

（1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，四川 成都610000；2.山東國(guó)研電力技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南250101）

電網(wǎng)的復(fù)雜性和多目標(biāo)性給配電網(wǎng)規(guī)劃綜合決策帶來(lái)巨大困難，建立既能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求又能滿足經(jīng)濟(jì)性要求的規(guī)劃方案具有重大意義。從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適應(yīng)性和社會(huì)影響性四個(gè)方面對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行研究，并構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。利用結(jié)構(gòu)熵權(quán)法確定權(quán)重，采用多層次灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。最后，通過(guò)分析某地區(qū)3種電網(wǎng)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)結(jié)果，證明本文所建立的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法在配電網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)選中應(yīng)用的有效性。

配電網(wǎng)規(guī)劃；結(jié)構(gòu)熵權(quán)；多層次灰色關(guān)聯(lián)；綜合決策

0　引言

配電網(wǎng)規(guī)劃是在電網(wǎng)現(xiàn)狀分析及負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不僅要滿足供電安全可靠性，而且要滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，即在規(guī)劃方案中尋求一個(gè)較優(yōu)的方案滿足各個(gè)決策屬性的要求[1]。目前，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目通常依靠決策者的經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目決策水平較低，在一定程度上造成了資金的巨大浪費(fèi)[2]。年年投資年年建設(shè)，問(wèn)題仍然很多，形成這種局面的一個(gè)主要原因是缺乏系統(tǒng)、科學(xué)的電網(wǎng)分析評(píng)估方法和決策工具，因此，配電網(wǎng)評(píng)估具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，在電網(wǎng)評(píng)估方面的研究取得了一些進(jìn)展，包括單方面單角度的研究和綜合評(píng)價(jià)研究。文獻(xiàn)[3]主要從可靠性的角度對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行評(píng)估；文獻(xiàn)[4-5]從多個(gè)角度對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行研究，包括風(fēng)險(xiǎn)角度、停電損失、影響范圍等等；文獻(xiàn)[6]從電網(wǎng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的角度闡述該方面的進(jìn)展，數(shù)學(xué)模型可分為確定性模型和可靠性模型，規(guī)劃的求解主要集中在啟發(fā)式優(yōu)化方法和數(shù)學(xué)優(yōu)化方法。

1　構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

在配電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中，面臨許多綜合性的決策問(wèn)題，如配電網(wǎng)安全性與經(jīng)濟(jì)性間的平衡問(wèn)題，即一方面電網(wǎng)作為社會(huì)的供電主體，必須保證供電和用電的安全性；另一方面作為企業(yè)，盈利是其主要目的，增加電網(wǎng)安全性勢(shì)必增加成本費(fèi)用。安全性與經(jīng)濟(jì)性間應(yīng)該尋求平衡，諸如此類。

本文在考慮電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)工作的多目標(biāo)性、復(fù)雜性以及各目標(biāo)間的矛盾關(guān)系后，根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展的根本目標(biāo)，利用因果分析法繪制因果圖，對(duì)各基準(zhǔn)層指標(biāo)進(jìn)行分解，得到指標(biāo)層的各項(xiàng)指標(biāo)。為了避免各指標(biāo)間信息重疊，本文采用多元統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2　結(jié)構(gòu)熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

結(jié)構(gòu)熵權(quán)法是一種主觀與客觀賦值相結(jié)合、定性與定量分析相結(jié)合的權(quán)重系數(shù)結(jié)構(gòu)分析方法，其基本思想是，將 Delphi法與模糊分析法相結(jié)合，利用專家意見(jiàn)形成“典型排序”并計(jì)算“典型排序”的熵值，最后通過(guò)“盲度”分析來(lái)對(duì)可能產(chǎn)生潛在偏差的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，降低數(shù)據(jù)中的“噪聲”，使專家意見(jiàn)具有“一致性”收斂。結(jié)構(gòu)熵權(quán)法的基本步驟如下：

(1)利用專家意見(jiàn)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的“典型排序”

通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷的形式，按照Delphi的方法和程序?qū)χ笜?biāo)進(jìn)行“典型排序”，即專家根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)各個(gè)指標(biāo)的重要性程度進(jìn)行定性的判斷。

(2)對(duì)“典型排序”進(jìn)行“盲度”分析

設(shè)有k個(gè)專家參加咨詢調(diào)查，得到k張排序表，每一張表對(duì)應(yīng)一個(gè)集合，記為 U={u1，u2，…，un}，指標(biāo)集對(duì)應(yīng)的“典型排序”數(shù)組記為{ai1,ai2，…，ain}，指標(biāo)集的“典型排序”矩陣記為 A，而 A=(aij)k×n，i=1，2，…，k；j=1，2，…，n；其中 aij表示第i個(gè)專家對(duì)指標(biāo) uj的評(píng)價(jià)。ai1,ai2，…，ain取{1,2，…，n}自然數(shù)中的任意一個(gè)數(shù)。排序數(shù) aij的隸屬度函數(shù)記為：

其中，m為轉(zhuǎn)化參數(shù)量，m=n+2。通過(guò)式（1）可將排序矩陣A定量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的隸屬度矩陣 B，其中 bij=μ(aij)。

平均認(rèn)識(shí)度為k個(gè)專家對(duì)指標(biāo) uj的 “一致看法”，記為bj，令：

“認(rèn)識(shí)盲度”為專家對(duì)因素uj由認(rèn)知產(chǎn)生的不確定性，記做 Qj，則：

k個(gè)專家對(duì)指標(biāo) uj的認(rèn)識(shí)度記為 Xj：

所有專家對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)向量記為 X=(x1，x2，…，xn)。

(3)歸一化處理

對(duì) Xj=bj(1-Qj)進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算指標(biāo) uj的權(quán)重，令：

W={w1，w2，…，wn}即為因素集 U={u1，u2，…，un}的權(quán)向量。

3　多層次灰色關(guān)聯(lián)綜合評(píng)價(jià)

電網(wǎng)規(guī)劃涉及因素眾多，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各指標(biāo)的實(shí)際值存在一定的不明確性，因此，灰色關(guān)聯(lián)分析法適合于規(guī)劃方案的評(píng)估，同時(shí)對(duì)于小樣本指標(biāo)的處理具有較高的準(zhǔn)確性，其基本步驟如下：

(1)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)及最優(yōu)指標(biāo)集

通過(guò)建立多屬性多層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)研究對(duì)象，其中最優(yōu)指標(biāo)集合就是各個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象中最優(yōu)的一個(gè)所組成的數(shù)集，記為{X0(k)}，k=1，2，…，n。

(2)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理

常用的處理方法是數(shù)據(jù)均值化，假設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)方案，有 n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則：

(3)評(píng)價(jià)矩陣的確定

將步驟(2)中處理后的數(shù)據(jù)代入式（7）即可得到第i種配電網(wǎng)規(guī)劃方案各指標(biāo)數(shù)值與最優(yōu)指標(biāo)集比較時(shí)，第k個(gè)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，具體如下：

分辨系數(shù)ρ這里取0.4，各關(guān)聯(lián)系數(shù)組成評(píng)價(jià)矩陣E：

(4)計(jì)算權(quán)重、灰色綜合評(píng)價(jià)

由結(jié)構(gòu)熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重為R，評(píng)價(jià)矩陣E和權(quán)重系數(shù)向量R，得到灰色綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

4　應(yīng)用實(shí)例

(1)電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示，各方案灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算值如表1所示。

圖1　綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1　各方案灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算值

(2)通過(guò)專家打分得到的原始決策矩陣進(jìn)行歸一化處理得標(biāo)準(zhǔn)矩陣y：

(3)求差序列、最大差和最小差

最優(yōu)樣本為:

根據(jù)公式 △ij=|Xoj-Xij|，i=1，2，…，m；j=1，2，…，n計(jì)算絕對(duì)差值矩陣：

最大差、最小差分別為：max(△)=0.771 3，min(△)=0。

(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

本文分辨系數(shù)取 0.4，關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣：

(5)計(jì)算關(guān)聯(lián)度

根據(jù)結(jié)構(gòu)熵權(quán)法計(jì)算所得的權(quán)重系數(shù)可以得到3種方案的灰色關(guān)聯(lián)度：

從上述3種方案的關(guān)聯(lián)度數(shù)來(lái)看：3種方案的綜合效益都是比較好的。方案3的關(guān)聯(lián)度最大，說(shuō)明該方案的綜合效益值最好；次之是方案2的綜合效益；排最后的為方案1的關(guān)聯(lián)度，說(shuō)明其綜合效益在這3個(gè)方案中最小，優(yōu)化空間最大。

5　結(jié)論

本文在考慮電網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)工作的多目標(biāo)性、復(fù)雜性以及各目標(biāo)間的矛盾關(guān)系后，根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展的根本目標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適應(yīng)性和社會(huì)影響性4個(gè)方面對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行研究，并構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用結(jié)構(gòu)熵權(quán)法確定權(quán)重；采用多層次灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。最后，通過(guò)對(duì)某地區(qū)的3種電網(wǎng)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)結(jié)果的比較，得出關(guān)聯(lián)度最大的方案綜合效益值最好。

[1]章文俊，程浩忠.配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃研究綜述[J].電力系及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2008，20(5)：16-23.

[2]肖峻，高海霞，葛少云，等.城市中壓配電網(wǎng)評(píng)估方法與實(shí)例研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(20)：81-85.

[3]SANGHVI A P，BALU N J，LAUBY M G．Power system reliability planning practices in North America[J]．IEEE Trans on Power Systems，1991，6(4)：1485-1492．

[4]劉健，司玉芳.考慮負(fù)荷變化的配電網(wǎng)架安全評(píng)估及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(23)：70-74.

[5]肖峻.配電網(wǎng)最大供電能力與N-1安全校驗(yàn)的對(duì)比驗(yàn)證[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(18)：86-91.

[6]牛輝，程浩忠.電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的可靠性和經(jīng)濟(jì)性研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000(1)：51-56.

Distribution network planning integrated decision based on the structure entropy and a multi-level gray relationship

He Jun1，Li Ming2，Liu Ying2，Wang Zhuangzhuang2
（1.State Grid Sichuan Electric Power Company Chengdu Power Company，Chengdu 610000，China；2.Shandong Guoyan Electric Power Technology Co.，LTD，Jinan 250101，China）

The complexity and multi-objective power make enormous difficulties to integrated decision-making of distribution network,to build a system can meet the operational requirements as mell as the economic requirements of the plan is of great significance.From the four aspects of the economy,reliability,adaptability and social impact，the distribution network planning studies are done,and an evaluation system is given.Structural entropy method is used to determine the weights，and multi-level gray correlation method is used for a comprehensive evaluation plan of distribution network.Finally,the analysis of the evaluation results of the three network planning of an area indicate the effectiveness of comprehensive evaluation index system and the method established in distribution network planning scheme optimization applications.

distribution network planning；structural entropy；multi-level gray relationship；integrated decision-making

TM7

A

0258-7998(2015)01-0153-03

10.16157/j.cnki.0258-7998.2014120101206

2014-11-25)

賀軍（1970-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)分析、規(guī)劃等技術(shù)。

李明（1979-），男，本科，高級(jí)工程師，主要研究方向：電力技術(shù)研發(fā)、管理。

劉瑩（1988-），女，本科，工程師，主要研究方向：配電網(wǎng)規(guī)劃。